Förutom sitt grundläggande vetenskapliga värde öppnar framgången med att skapa självrörliga artificiella celler också upp många potentiella tillämpningar inom biomedicin och konstruktion - Foto: AI
I arbetet som publicerats i tidskriften Science, har en grupp forskare vid Instituto de Biotechnology de Catalunya (IBEC) , Barcelonas universitet, University College London, Liverpools universitet, Biofisika Institute och Ikerbasque Science Foundation säger att den artificiella cellen är en av de enklaste strukturer som någonsin skapats: den består bara av ett lipidmembran, ett enzym och en por. Ändå har den förmågan att orientera sig och röra sig baserat på kemiska reaktioner, ungefär som hur spermier hittar ägg eller vita blodkroppar spårar tecken på infektion.
Detta fenomen kallas kemotaxi, förmågan att röra sig i enlighet med kemiska koncentrationer, vilket är en viktig överlevnadsförmåga i den biologiska världen . Det speciella med denna artificiella cell är att den inte behöver komplexa strukturer som flageller eller receptorer.
”Vi återskapade all denna rörlighet med bara tre element: ett membran, ett enzym och en kärnpor. Inget krångel. Och sedan framträdde livets dolda regler”, berättade professor Giuseppe Battaglia (IBEC).
De artificiella cellerna består av liposomer, fettbubblor som efterliknar riktiga cellmembran. När de placeras i en miljö med en glukos- eller ureakoncentrationsgradient reagerar enzymer inuti liposomerna med dessa molekyler, vilket skapar en koncentrationsskillnad.
Den obalansen skapar ett mikroskopiskt flöde över cellytan, vilket pressar den mot sidan med högre koncentration. Membranporerna fungerar som en kontrollerad "slussport", vilket skapar den asymmetrin som behövs för att generera dragkraft, ungefär som en båt driver sig själv med hjälp av vattenflödet.
I sina experiment undersökte teamet mer än 10 000 artificiella celler i mikrofluidiska kanaler under noggrant kontrollerade gradientförhållanden. Resultaten visade att celler med fler kärnporer rörde sig kraftigare i riktning mot kemotaxi; celler utan porer rörde sig endast passivt, möjligen genom enkel diffusion.
I naturen är rörlighet en viktig överlevnadsstrategi som hjälper levande celler att hitta näringsämnen, undvika gifter och koordinera sin tillväxt. Genom att simulera detta fenomen noggrant med bara tre minimala komponenter har forskare närmare att dechiffrera hur liv kan ha börjat röra sig i sin tidiga evolution.
Förutom sitt grundläggande vetenskapliga värde öppnar forskningen även upp för många potentiella tillämpningar inom biomedicin och byggbranschen. Till exempel kan artificiella celler utformas för att leverera läkemedel till rätt skadade områden i kroppen, upptäcka kemiska förändringar i mikromiljön eller skapa programmerbara självorganiserande system inom byggbranschen.
Eftersom dessa cellulära komponenter är allestädes närvarande inom biologin kan de skalas upp eller anpassas för att skapa mjuka biomimetiska mikrorobotar som inte kräver metallramar eller elektroniska kretsar.
”Titta noga på en artificiell cell som rör sig. Inuti den ligger hemligheten: hur cellen viskar, hur den transporterar livsviktiga saker. Men naturlig biologi är för bullrig, för detaljerad. Så vi ’fuskar’ lite. Och sedan blir allt strömlinjeformat, vackert, en ren kemisk musik”, liknade professor Battaglia det.
Källa: https://tuoitre.vn/lan-dau-tien-tao-ra-te-bao-nhan-tao-tu-di-chuyen-20250727080301666.htm
Kommentar (0)